Kontroleer Ingenieurswese: Wat is dit? (En sy geskiedenis)

Wat is Kontrole-Ingenieurswese

Kontrolesisteemingenieurswese is die tak van ingenieurswese wat met die beginsels van kontrole-teorie hanteer om 'n stelsel te ontwerp wat die gewensde gedrag op 'n geënteerde manier lewer. Dus, alhoewel kontrole-ingenieurswese dikwels binne elektriese ingenieurswese aan universiteite onderwees word, is dit 'n interdissiplinêre onderwerp.

Kontrolesisteemingenieurs ontleed, ontwerp en optimaliseer komplekse stelsels wat bestaan uit hoogs geïntegreerde koördinasie van meganiese, elektriese, chemiese, metallurgiese, elektroniese of pneumatiese elemente. Dus handel kontrole-ingenieurswese oor 'n verskeidenheid dinamiese stelsels wat menslike en tegnologiese koppelvlakke insluit. Hierdie stelsels word in wydvaardige sin as kontrolesisteme verwys.

Kontrolesisteemingenieurswese fokus op die analise en ontwerp van stelsels om die reaksietyd, akkuraatheid en stabiliteit van die stelsel te verbeter.

Die twee metodes van kontrolesisteme sluit klassieke metodes en moderne metodes in. Die wiskundige model van die stelsel word as eerste stap ingestel, gevolg deur analise, ontwerp en toetsing. Noodsaaklike voorwaardes vir stabiliteit word geëvalueer en uiteindelik volg optimalisering.

In die klassieke metode word wiskundige modellering gewoonlik in die tydgebied, frekwensiegebied of kompleksgebied gedoen. Die stapreaksie van 'n stelsel word wiskundig gemodelleer in tydgebiedverskynselanalise om sy vestigtyd, % overschryding, ens. te vind. Laplace-transformasies word die meeste gebruik in die frekwensiegebied om die ooplusversterking, fase-marg, bandwydte ens. van die stelsel te vind. Die konsep van die oordragfunksie, Nyquist-stabiliteitskriteria, data-afneming, Nyquist-grafiek, pols en nulplekke, Bode-grafieke, stelselvertragings val allemaal onder die parapluie van klassieke kontrole-ingenieurswese.

Moderne kontrole-ingenieurswese handel oor Veelvuldige Invoer Veelvuldige Uitvoer (MIMO)-stelsels, Toestandruimte-benadering, Eiewaardes en -vektore, ens. In plaas van omkompliseerde gewone differensiaalvergelykings te transformeer, word hoër-orde vergelykings deur die moderne benadering na eerste-orde differensiaalvergelykings omgeskakel en opgelos deur vektor-metode.

Automatiese kontrolesisteme word die meeste gebruik omdat dit nie handmatige kontrole behels nie. Die beheerde veranderlike word gemeet en vergelyk met 'n gespesifiseerde waarde om die gewensde resultaat te verkry. As gevolg van outomatisering vir beheerdoeleindes, sal die koste van energie of krag, sowel as die koste van die proses, verminder, wat die gehalte en produktiwiteit verhoog.

Geskiedenis van Kontrolesisteme

Die toepassing van outomatiese kontrolesisteme word vermoed dat dit selfs vanaf ou beskawings gebruik gemaak is. Verskeie tipes waterklokke is ontwerp en geïmplementeer om tyd akkuraat te meet vanaf die derde eeu v.C., deur Grieks en Arabiërs. Maar die eerste outomatiese stelsel word beskou as Watts Fly ball Governor in 1788, wat die industriële revolusie begin het. Die wiskundige modellering van die Governor is deur Maxwell in 1868 geanaliseer. In die 19de eeu het Leonhard Euler, Pierre Simon Laplace, en Joseph Fourier verskillende metodes vir wiskundige modellering ontwikkel. Die tweede stelsel word beskou as Al Butz se Damper Flapper – 'n termostaat in 1885. Hy het die maatskappy gestig wat nou Honeywell genoem word.

Die begin van die 20ste eeu word as die goue era van kontrole-ingenieurswese beskou. Tydens hierdie tyd is klassieke kontrolemetodes by die Bell Laboratorium deur Hendrik Wade Bode en Harry Nyquist ontwikkel. Outomatiese bestuurders vir skipe se sturende is deur Minorsky, 'n Russiese-Amerikaanse wiskundige, ontwikkel. Hy het ook die konsep van Integrale en Afgeleide Kontrole in die 1920's bekendgestel. Tussenintydse het Nyquist en Evans die konsep van stabiliteit voorgelê. Die transformasies is in kontrolesisteme deur Oliver Heaviside toegepas. Moderne Kontrolemetodes is na die 1950's deur Rudolf Kalman ontwikkel om die beperking van klassieke metodes te oorkom. PLC's is in 1975 bekendgestel.

Tipes Kontrole-ingenieurswese

Kontrole-ingenieurswese het sy eie kategorisering afhangende van die verskillende metodologieë wat gebruik word. Die hoof tipes kontrole-ingenieurswese sluit in:

• Klassieke Kontrole-ingenieurswese

• Moderne Kontrole-ingenieurswese

• Robuuste Kontrole-ingenieurswese

• Optimale Kontrole-ingenieurswese

• Aangepaste Kontrole-ingenieurswese

• Nie-lineêre Kontrole-ingenieurswese

• Spelteorie

Klassieke Kontrole-ingenieurswese

Die stelsels word gewoonlik deur middel van gewone differensiaalvergelykings voorgestel. In klassieke kontrole-ingenieurswese word hierdie vergelykings getransformeer en in 'n getransformeerde gebied geanaliseer. Laplace-transformasie, Fourier-transformasie en z-transformasie is voorbeelde. Hierdie metode word algemeen gebruik in Enkel Invoer Enkel Uitvoer-stelsels (SISO).

Moderne Kontrole-ingenieurswese

In moderne kontrole-ingenieurswese, word hoër-orde differensiaalvergelykings omgeskakel na eerste-orde differensiaalvergelykings. Hierdie vergelykings word baie soortgelyk opgelos as vektor-metode. Deur so te doen, word baie komplikasies wat in die oplossing van hoër-orde differensiaalvergelykings voorkom, opgelos.

Hierdie word toegepas in Veelvuldige Invoer Veelvuldige Uitvoer-stelsels waar analise in die frekwensiegebied nie moontlik is nie. Nie-lineariteite met veelvoudige veranderlikes word deur moderne metodologie opgelos. Toestandruimte-vektore, eiewaardes en -vektore behoort tot hierdie kategorie. Toestandsveranderlikes beskryf die invoer, uitvoer en stelselveranderlikes.

Robuuste Kontrole-ingenieurswese

In robuuste kontrolemetodologie word die veranderinge in die prestasie van die stelsel met die verandering in parameters gemeet vir optimalisering. Dit help om die stabiliteit en prestasie te verbreed, sowel as om alternatiewe oplossings te vind. Dus in robuuste kontrole word die omgewing, interne onakkuraatheid, ruis en verstoring in ag geneem om fout in die stelsel te verminder.

Optimale Kontrole-ingenieurswese